微机控制技术第三章数字控制器的模拟化设计

微机控制技术第三章数字控制器的模拟化设计第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六DDC系统的特点：►计算机运算速度快。

►可分时处理多个控制回路►计算机运算能力强§3-1-2DDC系统的PID控制算式Kc——比例增益Ti——积分时间Td——微分时间P——PID调节器的输出信号e——给定值与测量值之差第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六离散化方法：Ts——采样周期●

位置型PID控制算式Pn——第n次采样时计算机输出值en——第n次采样时的偏差值第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六●

增量型PID控制算式第(n-1)次采样有：两次采样计算机输出的增量为：

KI——积分系数KD——微分系数第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六●

实用递推算式(偏差系数控制算式)将增量型PID控制算式改写为：令三个动态参数为中间变量：则有：第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六●

特殊形式的PID算式►积分分离PID算式设逻辑系数：对增量型PID算式改进为：►带有死区的PID算式

控制算式为：第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六►不完全微分的PID算式不完全微分的PID传递函数为：第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六将微分部分化成微分方程：

将微分项化成差分项：令：

第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期六不完全微分的PID位置算式为：不完全微分的PID增量算式为：

第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期六►消除随机干扰的措施

对于不同的随机干扰，可采取如下措施：

►

平均值法

在nT时刻附近连续采样8次，计算机求取平均值为：►几个采样时刻的采样值求平均代替当次的采样值第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期六►四点中心差分法

微分项：1.5T0.5Tee(n-3)ee(n-1)e(n-2)e(n)t(nT)►将矩形积分改为梯形积分第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六§4-2DDC系统PID控制参数的选择及整定●

采样周期的选择►对于响应快、波动大、容易受干扰影响的过程，应该选取较短的采样周期；反之，则长一些。►过程纯滞后较明显，采样周期可与纯滞后时间大致相等。第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六选取采样周期时应考虑的几个因素：

►采样周期应远小于对象的扰动信号周期

►采样周期应远远小于对象时间常数►考虑执行器的响应速度

►考虑对象所要求的调节品质►考虑控制系统的性能价格比

►考虑计算机所承担的工作量第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六●量化问题如果要求分辨率为D0，则字长为：例：某温度控制系统的温度范围为0～200℃，要求分辨率为0.005，求A/D转换器的字长。解：取C为8位。一般D/A的字长可选小于或等于A/D字长。数字量的精度与字长有关。字长又和转换器的分辨率有关。第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六●数字滤波常用的几种方法：►算术平均值法►中位值法

在三个采样周期内，对被测参数连续采样读入三个检测信号，舍去最大和最小的信号，从中选择居中的那个数据作为有效检测信号。第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六►惯性滤波法滤波器传递函数为一阶惯性环节传递函数改写为微分方程：差分化：整理得：Tf——

滤波器时间常数。——滤波平滑系数第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六4．PID程序的实现在编程的过程中，必须考虑的问题：

●操作特征的设置

►每个回路手动/自动特征位

►每个执行机构设置正向/反向特征位

●执行机构极限保护

目的：防止执行机构过开或过关。

方法：计算ΔPn(n)-ΔU(n)，检查输出余量。

●

防止极限环

解决方法：对计算机输出规定一个不灵敏区ε，如果|ΔPn(n)|<ε则计算机不输出。

第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六入口回路处于自动?NY调内存Kp.KI.Kd.X.e(k-1).△e(k-1)形成采样指令,并采样e(k)计算增量输出△Pne(k)→e(k-1),△e(k)→△e(k-1)形成输出采样指令,并采样阀位u△u≥0?计算阀位正向余量△u计算阀位反向余量△u△Pn≥|△u|?|△u|≥△Pn?△u→(△u)△Pn→(△u)△u→(△u)(△u)|<ε?形成输出指令,并输出e(k-1),△e(k-1)记入内存YYYYNNNN出口系统鉴别

带有系统输出鉴别子程序的增量型PID控制算式的程序框图

第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期六5．PID参数整定数字PID控制算法的参数选择一般根据

►

被控过程的特性

►

采样周期的大小

►

工程上其它具体要求

►选取一个很小的采样周期►

使计算机过程控制系统为纯比例控制，改变比例系数，使其出现等幅振荡，得到临界比例系数和临界周期。►计算控制度第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期六控制度控制算法1．05PIPID0．030．0140．550．630．880．49—0．141．2PI

PID0．050．0430．490．470．910．47—0．161．5PIPID0．140．090．420．340．990．43—0．22．0PIPID0．220．160．360．271．050．40—0．22常规控制器PIPID——0．570．70．830．5—0．13扩充临界比例度的计算表第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期六§3-3复杂控制系统设计§3-3-1串级控制系统的设计例：煤气加热炉串级温度控制系统煤气空气PCTC加热炉温度压力第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期六主控制器付控制器保持器付对象主对象R1(t)R1(n)e1(n)R2(n)e2(n)Δu2(n)C2(t)C1(t)--C2(n)C1(n)双回路串级控制系统计算顺序►计算主回路的偏差►主控制器的计算（位置PID）第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期六►计算付回路的偏差►付控制器的计算（增量PID）第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期六§3-3-2前馈控制系统的设计前馈控制系统：当被测的干扰进入控制对象时，前馈控制预先调整控制作用，使被控变量保持在给定值上。Ffff第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期六设：u1=0，并设输出的干扰为0，则有完全补偿的条件Ffff第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期六若:前馈控制器为:Fffnnn第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期六离散化:第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期六前馈-反馈计算机控制系统计算顺序为：►计算反馈控制的偏差►反馈控制器输出（PID）►计算前馈补偿器输出►总控制量输出第二十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期六§4-3-3大纯滞后补偿控制系统的设计预估器的传递函数为闭环传递函数为第二十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期六史密斯